皖北矿区地下水水文地球化学特征及判别模式研究

【摘要】：皖北矿区是安徽省及华东地区重要的煤炭基地。矿井突水是该矿区的主要灾害之一。矿井突水发生时，首要任务是准确和快速地判别突水水源。本次研究就是以皖北矿区主要突水含水层水循环系统作为研究对象，通过在皖北矿区30000Km~2的范围内布置取样，利用特制的深孔取样器定期取各含水层水样，在对大量水样中离子或元素的测试与数据处理，探索了矿区内地下水的常规水化学、微量元素、环境同位素水文地球化学特征，建立了各突水含水层的多种判别模式。成果主要表现在以下方面： (1)测试矿区各含水层地下水的常规水化学组分(Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+、SO_4~(2-)、Cl~-、HCO_3~-，PH值、总溶解固体、电导率、总硬度)，分析了这些常规水化学组分的分布特征，采用总溶解固体的分布规律，模拟了皖北矿区各含水层水质浓度梯度场，探索了各含水层地下水的水循环特征，研究了各含水层地下水的补给、径流和排泄条件。根据岩溶水中Ca~(2+)水化学平衡特征，对该矿区的太灰和奥灰地下水水循环特征作了系统的研究。应用系统聚类逐步判别分析方法，对常规水化学指标进行水源判别分析，建立了矿区主要突水含水层的常规水化学判别模式。 (2)根据地下水中的微量元素(Ag、Al、As、Ba、Cd、Ce、Co、Cr、Cu、La、Mn、Mo、Ni、Pr、Sb、Se、Sr、Ti、V、Zn、Pb、F、Li、Sn)测试资料，获得了矿区内微量元素水文地球化学的基本特征，得出了地下水中微量元素与它们在地壳岩石中丰度之间的关系，以及微量元素与常规水化学组分之间的相关关系。通过微量元素之间的相关性、微量元素与常规离子的相关性及微量元素在地理空间上的分布剖面，确定了矿区地下水的特征微量元素(即：As、Ba、Co、Cr、Cu、Se、V)。根据矿区四含、太灰与奥灰地下水中多个微量元素的含量，应用主成分分析法，得出了矿区主要突水含水层地下水中微量元素的成因模式。在此基础上，根据地下水中的特征微量元素和常规离子的含量，建立了由常规离子修正的微量元素Bayes多类线性判别模型，取得了较理想的判别效果。